複製起点認識複合体

Origin recognition complex subunit 2
識別子
略号 ORC2
Pfam PF04084
InterPro IPR007220
利用可能な蛋白質構造:
Pfam structures
PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj
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Origin recognition complex (ORC) subunit 3 N-terminus
識別子
略号 ORC3_N
Pfam PF07034
InterPro IPR010748
利用可能な蛋白質構造:
Pfam structures
PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj
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Origin recognition complex subunit 6 (ORC6)
識別子
略号 ORC6
Pfam PF05460
InterPro IPR008721
利用可能な蛋白質構造:
Pfam structures
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複製起点認識複合体または複製開始点認識複合体（ふくせい きてん/かいしてん にんしきふくごうたい、英: origin recognition complex、略称: ORC）は、ATP依存的に複製起点に結合する、複数サブユニット（6サブユニット）からなるDNA結合複合体であり、すべての真核生物と古細菌に存在する。この複合体のサブユニットは、ORC1（英語版）、ORC2（英語版）、ORC3（英語版）、ORC4（英語版）、ORC5（英語版）、ORC6（英語版）遺伝子によってコードされている[1][2][3]。ORCは真核生物におけるDNA複製の中心的な構成要素であり、細胞周期を通じて複製起点のクロマチンに結合したままである[4]。

ORCはゲノム全体にわたってDNA複製を指揮する因子であり、複製の開始のために必要である[5][6][7]。複製起点に結合したORCは、Cdc6（英語版）、Tah11（Cdt1）、Mcm2-Mcm7（英語版）複合体（MCM）を含む、複製前複合体（pre-RC）の組み立ての基礎として機能する[8][9][10]。G1期におけるpre-RCの組み立ては、S期のDNA合成に先立つ染色体の複製ライセンス化（英語版）に必要である[11][12][13]。細胞周期によって調節されたサイクリン依存性キナーゼCdc28によるOrc2、Orc6、Cdc6、MCMのリン酸化は、DNA複製の開始、G2/M期中の再開始の防止を調節している[4][14][15][16]。

ORCは細胞周期を通じて複製起点に結合した状態であるが、有糸分裂の終盤とG1期の初期にだけ活性がある。

酵母では、ORCは接合型（英語版）に関する遺伝子座Hidden MAT Left（HML）とHidden MAT Right（HMR）のサイレンシングの確立にも関与している[5][6][7]。ORCは、サイレンシングタンパク質Sir1をHMLとHMRのサイレンサーへリクルートすることによって、転写的にサイレンシングされたクロマチンの組み立てに関与する[7][17][18]。

Orc1とOrc5がATPを結合するが、ATPアーゼ活性を持つのはOrc1だけである[19]。Orc1のATP結合は、ORCのDNAへの結合に必要であり、細胞の生存に必須である[10]。Orc1のATPアーゼ活性はpre-RCの形成に関係している[20][21][22]。Orc5のATP結合は、ORC全体としての安定性に重要である。複製起点への結合にはOrc1からOrc5までのサブユニットのみが必要であり、Orc6は形成されたpre-RCの維持に必要である[23]。ORC内の相互作用からは、Orc2-3-6がコア複合体を形成していることが示唆される[4]。

タンパク質

この過程はORCと関連タンパク質がMcm2-7を染色分体にロードすることによって開始される。

ORCには次のようなタンパク質が存在している。

各生物種におけるORCのタンパク質サブユニット名と相同性[24]
出芽酵母

（Saccharomyces cerevisiae）

分裂酵母

（Schizosaccharomyces pombe）

キイロショウジョウバエ

（Drosophila melanogaster）

脊椎動物
ORC 1-6 ORC 1-6 ORC 1-6 ORC 1-6
Cdc6 Cdc18 Cdc6 Cdc6
Cdt1/Tah11/Sid2 Cdt1 DUP Cdt1/RLF-B
Mcm2 Mcm2/Cdc19/Nda1 Mcm2 Mcm2
Mcm3 Mcm3 Mcm3 Mcm3
Cdc54/Mcm4 Cdc21 DPA Mcm4
Cdc46/Mcm5 Mcm5/Nda4 Mcm5 Mcm5
Mcm6 Mcm6/Mis5 Mcm6 Mcm6
Cdc47/Mcm7 Mcm7 Mcm7 mcm7

古細菌のORCとMcmは単純化されており、そのためpre-RCも単純である。真核生物のように6つの異なるMcmタンパク質が擬対称のヘテロ六量体を形成するのではなく、古細菌のMCMの6つのサブユニットはすべて同一である。通常、Cdc6とOrc1の双方と相同なタンパク質が複数存在しているが、その一部が双方の機能を果たす。真核生物のORCとは異なり、常に複合体を形成しているわけではない。事実、古細菌のORCが複合体を形成するときは、多様な複合体が形成される。Sulfolobus islandicusは、複製起点の1つを認識するためにCdt1のホモログも利用する[25]。

自律複製配列

出芽酵母

自律複製配列（autonomously replicating sequences、ARS）は出芽酵母で最初に発見されたもので、ORCが正しく機能するために不可欠である。これらの100–200塩基対の配列は、S期の間の複製活性を促進する。ARSは出芽酵母の染色体のどの場所にでも配置することができ、配置された部位からの複製を促進する。中でも11塩基対の高度に保存された配列（Aエレメントと呼ばれる）が出芽酵母での起点としての機能に必須であると考えられている[24]。ORCはもともと、出芽酵母のARSのAエレメントに結合するものとして同定された。

動物

動物細胞のARSははるかに謎めいており、保存配列はまだ発見されていない。動物細胞では、複製起点はレプリコンクラスターへと集合する。各クラスター内ではレプリコンの長さは類似しているが、クラスター間ではレプリコンの長さは大きく異なる。これらのクラスターはS期に同時に活性化される[24]。

複製前複合体の組み立てに関する役割

ORCはMCM複合体（pre-RC）のDNAへのローディングに必須である。この過程は、ORC、Cdc6、Cdt1に依存しており、ATPによって制御されたいくつかのリクルートイベントを伴う。まず、ORCとCdc6は複製起点のDNA上で複合体を形成する。ORC/Cdc6複合体は、この部位へCdt1/Mcm2-7をリクルートする。ORC/Cdc6/Cdt1/Mcm2-7からなる巨大な複合体（OCCM複合体）が形成されると、ORC/Cdc6/Cdt1は一体となってMcm2-7をDNAへロードし、この過程でCdc6によってATPが加水分解される。Cdc6のATPアーゼ活性はORCと複製起点DNAの双方に依存している。これによってCdt1のDNA上での安定性が低下し、ロードされたMcm2-7を残して複合体から解離する[24][26][27][28]。Mcm2-7は最初にロードされた状態ではDNAを完全に取り囲んでおり、ヘリカーゼ活性は阻害されている。S期には、Mcm2-7複合体はヘリカーゼのコファクターであるCdc45（英語版）、GINS（英語版）と相互作用し、複製起点のDNAを巻き戻して一本鎖DNAを作り出し、複製を開始させる。複製を双方向で行うために、この過程は複製起点で2度起こる。どちらのローディングも1つのORCによって媒介され、1度目のイベントと同じ過程が行われる[29]。これまでにORC、MCM、そして中間体となるOCCM複合体の構造が解かれている[30]。

出典

  1. ^ Origin Recognition Complex - MeSH・アメリカ国立医学図書館・生命科学用語シソーラス（英語）
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関連文献

関連項目